本发明专利技术案涉及一种具有降低的1/f噪声的双极晶体管及其操作方法。在双极晶体管中，在基极表面区上方于射极与集极之间形成优选地小于的薄栅极氧化物。接着在所述栅极氧化物上方形成例如掺杂多晶硅等导电栅极并将其偏置于射极电压下。在PNP晶体管的实例中，当相对于基极正向偏置所述射极以接通所述晶体管时，所述栅极相对于所述基极处于正电位。此致使所述基极中传导射极-集极电流的空穴被排斥而远离表面且所述基极中的电子被吸引到所述表面，使得所述射极-集极电流中的较多电流较深地流动到所述基极中。因此，减轻了所述基极表面处的缺陷的效应，且减少了1/f噪声。本发明专利技术同等适用于PNP及NPN晶体管。还产生其它益处。
【技术实现步骤摘要】
具有降低的1/F噪声的双极晶体管及其操作方法
本专利技术涉及双极晶体管，且特定来说涉及一种用于减少此类晶体管中的低频噪声的技术。
技术介绍
在横向双极晶体管中，相比于垂直晶体管，大多数电流在硅的表面附近流动而非垂直向下流动到硅中。 图1是典型横向PNP双极晶体管10的简化横截面图。中心P型射极12形成于在硅衬底上生长的N型基极14 (外延桶)中。环绕射极12的是形成为其可为大体矩形或圆形的环的P型集极16。基极接触区18与基极14进行电接触。为了接通晶体管10，相对于基极14正向偏置射极12，且相对于基极14反向偏置集极16。从射极12进入耗尽区的载流子(空穴)由电场扫掠到集极16中，从而导致基极电流的放大(增益)。所述晶体管在一频率范围内操作，且由于装置物理性质而在经放大信号中固有地出现噪声。一般来说，噪声以极低频率增加。 硅的结晶结构实现此晶体管操作。低频噪声(也称为Ι/f噪声)的一种造成因素是由于作为结晶结构在基极的表面处于基极-射极界面及基极-集极界面之间不连续的结果的表面缺陷所致。此Ι/f噪声对在低频率下的最小可检测信号设定了限制。 表面缺陷增加基极中在表面附近的载流子的重组，其中电子带结构改变。据信此是由于表面附近的结晶结构中的缺陷导致的电荷陷阱所致。 在图1的实例中，由于表面缺陷，从射极12进入基极14的与基极14中的电子重组的空穴的百分比在基极14的表面附近增加。在横向双极晶体管中，大部分射极-集极电流20在所述表面附近流动，因为射极及集极掺杂区为相对浅的。因此，表面缺陷的效应是显著的。噪声为什么是Ι/f相关的原因在各种出版的论文中被广泛地讨论且是众所周知的。 在一些垂直双极晶体管中表面缺陷问题也会在小得多的程度上出现，因为射极-基极界面的一部分是在硅的表面附近。在此类晶体管中，一些电流在基极中表面附近横向流动。在表面附近发生的此横向流动受表面缺陷影响，从而导致ι/f噪声。 对于各种应用(例如测试设备、数据获取及A/D转换器)来说，期望降低Ι/f噪声转角。Ι/f转角是Ι/f噪声下降以满足白噪声电平之处。
技术实现思路
本专利技术排斥基极区中在基极区表面附近的少数载流子(例如，对于N型基极，为空穴)以致使在所述表面下方较远处于射极与集极区之间发生横向电流流动以减轻射极与集极区之间的表面缺陷的效应。 在基极表面区上方于射极与集极之间形成例如小于600埃(A)的薄栅极氧化物。所述薄栅极氧化物应具有最少移动电荷且为极高质量，例如热生长的氧化物。接着在所述栅极氧化物上方形成例如掺杂多晶硅的导电栅极并将其偏置于射极电压(或对于PNP晶体管，为比基极更正的其它电压)下。 在PNP晶体管的实例中，当相对于基极正向偏置射极以接通所述晶体管时，栅极相对于基极处于正电位。此致使基极中在表面附近的传导射极-集极电流的空穴被排斥而远离所述表面且致使所述基极中的电子被吸引到基极表面，使得较远离所述表面来执行传导(空穴电流)。因此，表面处存在较少由于表面缺陷所致的重组，且减少了 Ι/f噪声。因此，降低了 Ι/f转角。 此技术也适用于横向NPN晶体管。在PNP或NPN晶体管中，栅极的电场排斥基极的在基极表面附近的少数载流子以致使较多横向电流较深地流动到硅中以减轻表面缺陷的效应。 通过制作高质量栅极氧化物，所述氧化物中将存在最少将影响基极中的少数载流子的排斥的移动电荷，且所述栅极氧化物可形成为极薄以产生高电场，但具有足够高的击穿电压。一般来说，等离子生长的栅极氧化物并非合意的，因为作为等离子工艺的结果此氧化物通常包含移动电荷。 不存在对栅极氧化物的薄度的较低限制，其在不击穿的情况下耐受跨越栅极氧化物的电压的能力除外。 本专利技术还描述其它实施例。 【附图说明】 图1是现有技术横向PNP双极晶体管的横截面图。 图2是根据本专利技术的一个实施例的横向PNP双极晶体管的横截面图。 图3是图2的晶体管的俯视图。 以相同编号标示相同或等效的元件。 【具体实施方式】 本专利技术减少横向或垂直双极晶体管中引起Ι/f噪声的表面效应。本专利技术适用于PNP及NPN晶体管。在实例中使用横向PNP晶体管。在垂直晶体管操作涉及在基极表面附近的某一横向电流流动的条件下，本专利技术适用于垂直双极晶体管。 历史上，常规垂直晶体管通常具有比常规横向晶体管低的Ι/f噪声。在实施本专利技术的横向晶体管的测试中，横向晶体管的所得Ι/f噪声低于高质量垂直晶体管的Ι/f噪声且低于专利技术人已知的任何双极晶体管。因此，减小了 Ι/f转角。 图2是根据本专利技术的一个实施例的横向PNP双极晶体管22的横截面图。射极12、基极14、集极16及基极接触区18可与现有技术图1晶体管相同。基极14优选地为外延生长的而非植入的。 使用常规技术在基极14上方实质上在射极12与集极16之间热生长高质量、薄栅极氧化物26。栅极氧化物26可具有小于丨OOOA且优选地小于600A的厚度。在一个实施例中，栅极氧化物26在200 A到300人之间。通过热生长栅极氧化物26而非使用等离子工艺来生长其，氧化物26中存在最少的移动电荷。给定厚度的高质量、热生长的栅极氧化物26还可耐受比等离子生长的氧化物大的电压，从而使得栅极氧化物26能够制作为略薄(例如，小于300A)同时使用标准操作电压(例如5伏特)不会击穿。较薄氧化物26使得能够借助跨越基极/栅极的给定电压在下伏硅中形成较高电场。 接着在栅极氧化物26上方形成导电栅极28。栅极28可为高度掺杂多晶硅或金属。栅极28 (例如)借助金属迹线电系接到射极12以便在正向偏置射极-基极结以接通晶体管22时相对于下伏基极14具有正电位。将栅极28系接到射极通常确保由栅极28形成的寄生PMOS装置保持关断。或者，对于PNP晶体管，栅极28可耦合到比基极14更正的任何适合电压。在晶体管导通时，栅极电压应为恒定的以避免任何调制。 当晶体管22接通时，栅极28上的正电位产生电场，所述电场排斥基极中的空穴(即，基极中的少数电流)而远离表面且致使基极14表面附近的电子30在所述表面处积累。此迫使空穴电流32 (在射极12与集极16之间)在基极14的表面下方且远离表面陷阱出现。因此，减小了 l/f噪声且l/f转角以较低频率出现。 代替氧化物26，可形成除氧化物以外的电介质层。 在实际实施例中，由于在硅晶片的处理期间掺杂剂在射极及集极中的扩散，栅极28最终可略微延伸于基极-射极及基极-集极界面上方，此为优选的。 减少横向双极晶体管中的表面缺陷的效应的此技术同等适用于横向NPN晶体管，其中晶体管22中的所有极性被反转。接着在晶体管接通时相对于P型基极负偏置栅极28，从而致使P型基极中的空穴在表面处积累且电子(即，基极中的少数电流)由栅极28排斥。此迫使N型射极与N型集极之间的电子电流在基极的表面下方且远离表面陷阱。因此，减小了 l/f噪声且l/f转角以较低频率出现。 图3是图2的晶体管22的俯视图。各区展示为矩形，但其通常将具有修圆的转角或可为圆形的。展示基极14上方的绝缘栅极28借助O伏特的Vgs形成寄生PMOS装置30 (在栅极28系接到射极12的情况下)。 在一个实施例中，在栅极28上方形成厚的第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双极晶体管，其包括：第一导电类型的射极；所述第一导电类型的集极；第二导电类型的基极，其在所述射极与所述集极之间，所述基极具有表面部分，所述射极、基极及集极形成双极晶体管；栅极电介质，其形成于所述基极的所述表面部分的至少一部分上方在所述射极与集极之间；及导电栅极，其形成于所述栅极电介质上方，所述栅极耦合到电压电位，所述栅极电介质及电压电位使得当通过相对于所述基极正向偏置所述射极而接通所述晶体管时，由所述栅极产生的所得电场迫使所述基极中的较多少数电流在所述基极的所述表面部分下方较深处于所述射极与集极之间传导。
【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/829,5981.一种双极晶体管，其包括: 第一导电类型的射极； 所述第一导电类型的集极； 第二导电类型的基极，其在所述射极与所述集极之间，所述基极具有表面部分，所述射极、基极及集极形成双极晶体管； 栅极电介质，其形成于所述基极的所述表面部分的至少一部分上方在所述射极与集极之间；及 导电栅极，其形成于所述栅极电介质上方，所述栅极耦合到电压电位，所述栅极电介质及电压电位使得当通过相对于所述基极正向偏置所述射极而接通所述晶体管时，由所述栅极产生的所得电场迫使所述基极中的较多少数电流在所述基极的所述表面部分下方较深处于所述射极与集极之间传导。2.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述晶体管为横向晶体管。3.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述栅极电介质的厚度小于1000埃。4.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述栅极电介质的厚度小于600埃。5.根据权利要 求1所述的晶体管，其中所述栅极电介质的厚度小于300埃。6.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述栅极电介质是热生长的。7.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述栅极耦合到所述射极以便具有与所述射极相同的电位。8.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述晶体管为PNP型，且所述栅极连接到比所述基极更正的电压。9.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述晶体管为NPN型，且所述栅极连接到比所述基极更负的电压。10.根据权利要求1所述的晶体管，其中由所述栅极产生的所述所得电场减少所述晶体管中的Ι/f噪声。11.根据权利要求1所述的晶体管，其中由所述栅极产生的所述所得电场降低所述晶体管的l/f噪...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·劳埃德·博特金，
申请(专利权)人：凌力尔特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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